论摆动磁场式Π形电磁轭磁场和提升力

　　在使用旋转磁场式Π形电磁轭进行全方位探伤时[1],电磁轭的两个正弦交变且有一定相位差的工作电流产生两个交变磁场,在工件中合成为旋转磁场,从而实现一次探伤即可发现各个方向的缺陷。在此讨论的摆动磁场式Π形电磁轭的结构与旋转磁场式Π形电磁轭类似,只是工作电流不同。旋转磁场式的工作电流是两个随时间变化的正弦交流;摆动磁场式的工作电流一个是不随时间变化的直流,另一个是随时间变化的正弦交流。虽然这两种磁轭的结构相似,但由于工作电流不同,在工件中产生的磁场也不相同。旋转磁场式电磁轭在工件中产生具有一定相位差的两个正弦交变磁场,合成为一个旋转磁场;摆动磁场式电磁轭在工件中产生一个恒定(直流)磁场和一个正弦交变磁场,合成为一个摆动磁场,从而实现全方位探伤。以下讨论摆动磁场式电磁轭在工件中形成的合成磁场,并讨论其提升力。

　　1　恒定磁场与交变磁场的合成

　　设在工件中同时存在两个磁场(图1),其中一个为不随时间变化的恒定磁场B ₁;另一个为随时间t按正弦规律变化的B ₂,即

　　设B ₁和B ₂间的夹角为θ,其合成磁场为B,它们在x轴上的分量分别为B _1x,B_2x和B _x,在y轴上的分量分别为B _1y,B _2y和B _y,则有

　　将以上两式相减就可消去t,得到合成磁场矢量端点的轨迹方程

　　式(5)为截距式直线方程,它在x轴和y轴上的截距a和b分别为

　　式(5)表明,一恒定磁场与一正弦交变磁场同时作用于工件时,在工件中产生的合成磁场矢量端点的轨迹是一条直线。连接原点与该直线上某一点的矢量,即可代表其相应时刻合成磁场的方向和大小。由于B ₂随时间t在-B2m~B2m不断来回变化,也就使得合成矢量B的端点在该直线上的一定区段内来回移动,形成方向来回变化的摆动磁场。

　　θ≠0和π。表明在工件中平行或反平行的两个磁场不能合成摆动磁场。

　　式(1)~(7)为一个恒定磁场与一个正弦交变磁场合成时的一般关系式。由此可见,无论产生磁场的装置结构如何,只要该装置能同时产生一个恒定磁场和一个正弦交变磁场,就能在工件中产生摆动磁场。实际上,可以用多种不同结构的装置来获得摆动磁场,以下仅讨论用改造后的Π形电磁轭来获得摆动磁场的情况。